JP5951424B2 - Wind power generation system - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、風力発電システムに関する。 Embodiments described herein relate generally to a wind power generation system.
従来、風力発電機は、電力系統の運用状態によらず、その時点での風力に応じた最大の発電出力が得られるように、設計され運転が行われている。近年では、この種の風力発電設備は、増加する傾向にあるため、例えば夜間、休日などの系統負荷の低い時には、電力系統の発電出力と負荷とのバランスが崩れ、電力系統の周波数維持に支障をきたすことがある。 Conventionally, a wind power generator has been designed and operated so as to obtain the maximum power generation output corresponding to the wind power at that time, regardless of the operating state of the power system. In recent years, since this type of wind power generation equipment tends to increase, for example, when the system load is low, such as at night or on holidays, the balance between the power generation output of the power system and the load is lost, which hinders maintenance of the frequency of the power system. May come.
特に、島嶼地域などに設けられる小規模な電力系統は、他の地域と比べて風力発電による比率が相対的に高いこともあり、発電出力と負荷とをバランスさせるために、風力発電機自体による発電出力の調整が必要とされる場合がある。 In particular, small-scale power grids installed in islands and other areas have a relatively high ratio of wind power generation compared to other areas, and in order to balance power output and load, wind power generators themselves Adjustment of the power generation output may be required.
例えば、発電した電力を蓄電池で充放電することによる変動補償は、技術的には有効な対策ではあるものの、蓄電池設備の追加により設備コストを増大させてしまう欠点がある。そこで、風力発電の出力を制御する制御装置内に、同期発電機の制御特性を設定した慣性応答モデルを設け、これを規範として発電出力を制御する方法が知られている。 For example, although fluctuation compensation by charging and discharging generated power with a storage battery is a technically effective measure, there is a drawback that the equipment cost is increased due to the addition of storage battery equipment. Therefore, a method is known in which an inertial response model in which control characteristics of a synchronous generator are set is provided in a control device that controls the output of wind power generation, and the power generation output is controlled based on this model.
また、風力発電設備の近傍に設けた同期発電機の出力と電力系統の系統周波数とを計測し、さらに電力系統の周波数変動に対する同期発電機の応動に準じて、風力発電設備の出力を調整することによって、電力系統の安定化を図る制御方法なども提案されている。 Also, measure the output of the synchronous generator and the grid frequency of the power system installed near the wind power generation equipment, and adjust the output of the wind power generation equipment according to the response of the synchronous generator to the frequency fluctuation of the power system Therefore, a control method for stabilizing the power system has also been proposed.
ここで、上述した制御方法を適用することで、一時的な負荷変動に対しては、風力発電出力の周波数を変化させて、従来の例えば同期発電機相当の慣性応答を実現することは可能である。しかしながら、このような制御方法は、瞬時の発電出力と負荷との安定化(短期的な周波数変動)については寄与するものの、長期的な周波数変動の安定化については課題を残している。 Here, by applying the control method described above, it is possible to change the frequency of the wind power generation output for a temporary load fluctuation and realize an inertial response equivalent to that of a conventional synchronous generator, for example. is there. However, although such a control method contributes to instantaneous power generation output and load stabilization (short-term frequency fluctuation), there is still a problem about long-term frequency fluctuation stabilization.
本発明が解決しようとする課題は、電力系統の負荷と発電出力との不均衡によって生じる系統周波数の変動を継続的に補償できる風力発電システムを提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a wind power generation system that can continuously compensate for fluctuations in the system frequency caused by an imbalance between the load of the power system and the power generation output.
実施の形態の風力発電システムは、風力発電機、火力発電機応答モデル及び出力調整部を備えている。風力発電機は、風力を動力源として発電を行う。火力発電機応答モデルは、火力タービン発電プラントによる系統周波数の制御の動特性を模して構成され、系統周波数の変動に応じて可変する火力タービン発電プラントの発電出力に相当する発電出力相当信号を出力する。出力調整部は、出力された発電出力相当信号に基づいて、風力発電機による発電出力を調整する。ここで、火力発電機応答モデルは、第1及び第2の動特性モデルを備えている。第1の動特性モデルは、高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービンを含む火力タービンを一定の回転速度に調速するための制御系の動特性を模して構成され、前記系統周波数を入力しこの入力した系統周波数と前記調速するための制御系の動特性とに基づき、前記火力タービンへ導入する作動流体の流量制御用の加減弁の開度を調整するための加減弁流量相当信号を生成して、出力する。一方、第2の動特性モデルは、前記加減弁流量相当信号に対応する流量の作動流体で前記火力タービンの前記高圧、中圧及び低圧の各タービンを駆動させたときのそれぞれの動特性を模して構成され、前記第1の動特性モデルから出力された加減弁流量相当信号を入力しこの入力した加減弁流量相当信号と前記高圧、中圧及び低圧の各タービンを駆動させたときのそれぞれの動特性とに基づき、前記発電出力相当信号を生成して、出力する。 The wind power generation system of the embodiment includes a wind power generator, a thermal power generator response model, and an output adjustment unit. The wind power generator generates power using wind power as a power source. Thermal generator response model is configured to dynamic characteristic of the controlled system frequency by thermal turbine power plant to simulate, the power generation output corresponding signal corresponding to the power generation output of the thermal turbine power plant which varied according to fluctuations in the system frequency Output. The output adjustment unit adjusts the power generation output by the wind power generator based on the output power generation output equivalent signal. Here, the thermal power generator response model includes first and second dynamic characteristic models. The first dynamic characteristic model is configured to imitate a dynamic characteristic of a control system for adjusting a thermal turbine including a high pressure turbine, an intermediate pressure turbine, and a low pressure turbine to a constant rotational speed, and inputs the system frequency. Based on the input system frequency and the dynamic characteristic of the control system for speed control, an adjustment valve flow rate equivalent signal for adjusting the opening degree of the control valve for controlling the flow rate of the working fluid to be introduced into the thermal turbine. Generate and output. On the other hand, the second dynamic characteristic model imitates the respective dynamic characteristics when the high-pressure, medium-pressure and low-pressure turbines of the thermal turbine are driven by a working fluid having a flow rate corresponding to the control valve flow rate equivalent signal. The control valve flow rate equivalent signal output from the first dynamic characteristic model is input, and the input control valve flow rate equivalent signal and each of the high pressure, intermediate pressure and low pressure turbines are driven. The power generation output equivalent signal is generated and output based on the dynamic characteristics.
以下、実施の形態を図面に基づき説明する。
[第1の実施の形態]
図1に示すように、本実施形態の風力発電システム10は、自身の風力発電出力Aと火力発電機による火力発電出力Bと、例えば太陽熱発電や地熱発電などによる再生可能エネルギ発電出力Cとからなる発電システムを実現している。
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
As shown in FIG. 1, the wind
風力発電システム10は、図1に示すように、風力発電機3、風車制御装置2、周波数変換器8、風力発電出力制御装置7を主に備えている。風力発電機3は、風力を動力源として発電を行う。風力発電機3は、複数の翼からなる風車翼、増速器、発電機(発電機本体)9などを備えている。発電機9としては、例えば可変速同期発電機などの同期発電機を例示することができる。
As shown in FIG. 1, the wind
風力を受けて回転する風車翼の回転力は、例えばナセル内に収容された回転軸や上記した増速器などを介して発電機9に伝達される。発電機9は、伝達されたこの回転力により駆動されて発電を行う。
The rotational force of the wind turbine blade that rotates by receiving the wind force is transmitted to the
風車制御装置2は、風車翼のピッチ制御、ヨー制御を行う。ピッチ制御は、風車翼を構成する各翼の角度を例えば風速に応じて変更させる制御である。ヨー制御は、風向きに応じて風車翼全体の向きを変更させる制御である。また、風車制御装置2は、風力を受けて回転する風車翼のトルクを制御するための風車制御信号を出力する。
The
図1に示すように、出力調整部12は、風力発電機3(発電機9)による発電出力を調整するパワーコンディショナ(PCS:Power Conditioning System)である。出力調整部12の出力は、風力発電出力Aとなる。
As shown in FIG. 1, the
具体的には、発電出力のうちの電圧は、仕様上例えば6.6kVなどで固定されるため、出力調整部12は、出力される電流値を調節することによって発電出力を調整する。また、出力調整部12は、周波数変換器8を備えている。周波数変換器8は、風力発電機3により発電された電力を例えば60Hzや50Hzなどの定格周波数に変換して交流の電力を出力する。
Specifically, since the voltage of the power generation output is fixed at, for example, 6.6 kV, for example, the
図1に示すように、加減算器14は、風力発電出力Aと火力発電出力Bと再生可能エネルギ発電出力Cとを加算した加算結果から電力系統における系統負荷Dを減算し、この演算結果(各発電出力の加算結果と系統負荷Dと偏差)を、発電システム全体の発電出力として電力系統に出力する。この場合、各発電出力の合計値と系統負荷Dとの偏差に対応する電力系統の負荷/周波数特性Eに応じて、系統周波数Fsが変化する。
As shown in FIG. 1, the adder /
ここで、風力発電出力制御装置7は、図1に示すように、火力プラントガバナモデル5及び加算器15を備えている。火力プラントガバナモデル5は、(例えば火力発電出力Bを出す)火力発電機による系統周波数の制御の動特性を模して構成された火力発電機応答モデルである。火力発電機は、例えば蒸気タービン発電機などの火力タービン発電機である。火力プラントガバナモデル5は、系統周波数Fsの変動に応じて可変する前記火力発電機の発電出力に相当する発電出力相当信号として、火力発電機出力相当信号Pg1を出力する。
Here, the wind power generation
出力調整部12は、上述した火力発電機出力相当信号Pg1に基づいて、風力発電機3(発電機9)による発電出力を調整する。本実施形態では、出力調整部12は、この火力発電機出力相当信号Pg1と風車制御装置2が出力する上記した風車制御信号とに基づいて、風力発電機3による発電出力を調整する例を示している。具体的には、本実施形態の加算器15は、風車制御装置2からの出力指令(風車制御信号)と、火力プラントガバナモデル5から出力される火力発電機出力相当信号Pg1と、を加算し、これを風力発電出力指令として出力調整部12に入力する。
The
火力プラントガバナモデル5は、図2、図3に示すように、系統周波数Fsの変化に応じて、自動的に加減弁流量相当信号Cvを調整する機能、及び火力発電機出力相当信号Pg1を調整する機能を有している。加減弁流量相当信号Cvは、例えば火力タービン発電機において、タービンへ導入する作動流体の流量制御用の加減弁の開度を、調整するための開度調整信号に相当する信号である。火力発電機出力相当信号Pg1は、例えば火力タービン発電機からの発電出力に相当する信号である。
As shown in FIGS. 2 and 3, the thermal power
図2に示すように、火力プラントガバナモデル5には、タービンガバナモデル5a及び火力タービンモデル5bが設けられている。タービンガバナモデル5aは、例えば火力タービンを一定の回転速度(定格の回転周波数)に調速するためのガバナ制御系の動特性を予め取得しておき、これを摸擬的に実現した動特性モデルである。
As shown in FIG. 2, the thermal power
つまり、タービンガバナモデル5aは、図2に示すように、速度設定器20、減算器21、調定率演算器22、負荷設定器23、加算器24を備えている。減算器21は、系統周波数Fsを取得する。また一方で、減算器21は、上記火力タービンにおける仕様上の定格回転周波数を速度設定器20から取得する。さらに、減算器21は、定格回転周波数数から系統周波数Fsを減算して得た偏差を調定率演算器22に出力する。
That is, as shown in FIG. 2, the
調定率演算器22は、入力したこの偏差を、速度調定率の逆数を乗算することによって増倍する。負荷設定器23は、電力の需要に対応する系統負荷を設定するための信号を加算器24に出力する。加算器24は、調定率演算器22の出力と負荷設定器23の出力とを加算し、この加算結果を加減弁流量相当信号Cvとして出力する。
The
一方、火力タービンモデル5bは、例えば火力タービン発電機において、加減弁流量相当信号Cvに対応する流量の作動流体でタービン本体を駆動するときの動特性を予め取得しておき、これを摸擬的に実現した動特性モデルである。図2に示すように、火力タービンモデル5bは、高圧タービン特性付与部25、再熱器及び中圧タービン特性付与部26、低圧タービン特性付与部27、高圧出力比率設定部28、中圧出力比率設定部29、低圧出力比率設定部30、加算器31を備えている。
On the other hand, in the
高圧タービン特性付与部25、再熱器及び中圧タービン特性付与部26、低圧タービン特性付与部27は、加減弁流量相当信号Cvに応じて加減弁の開度が制御されたタイミングから、高圧タービン、中圧タービン、低圧タービンにそれぞれ作動導入されこれに伴い各タービンの駆動制御が開始されるタイミングまで、の時間遅れなどの特性を、加減弁流量相当信号Cvに順次に付与する。
The high-pressure turbine
高圧出力比率設定部28、中圧出力比率設定部29、低圧出力比率設定部30は、系統負荷に対する、高圧タービン、中圧タービン、低圧タービンでの負担を配分した割合を出力比率として設定したものである。例えば、高圧出力比率設定部28、中圧出力比率設定部29、低圧出力比率設定部30は、例えば、30%、30%、40%といった出力比率が設定されており、高圧タービン特性付与部25、中圧タービン特性付与部26、低圧タービン特性付与部27から入力を、これの出力比率にて加算器31に出力する。
The high-pressure output
加算器31は、それぞれ入力した高圧タービン、中圧タービン、低圧タービンの各出力成分を合算することにより、火力発電機出力相当信号Pg1を得る。この結果、火力プラントガバナモデル5は、図2に示すように、系統周波数Fsを入力として、図3に示すように、火力タービン発電機からの発電出力に相当する火力発電機出力相当信号Pg1を求めることができる。
The
ここで、図3中の横軸は、系統周波数Fsを示しており、一方、縦軸は、加減弁流量相当信号Cv(又は火力発電機出力相当信号Pg1など)を示している。図3中のポイントR[Hz]は、加減弁流量相当信号Cv(加減弁の開度)が0[%]であり、このR[Hz]は、系統周波数Fsが例えば定格周波数の50[Hz]や60[Hz]であることなどを示している。また、図3中のポイントF[%]は、系統周波数Fsが定格周波数に近い周波数帯であることから、加減弁流量相当信号Cv(加減弁の開度)を変更させない不感帯として設定されていることを表している。 Here, the horizontal axis in FIG. 3 indicates the system frequency Fs, while the vertical axis indicates the control valve flow rate equivalent signal Cv (or the thermal power generator output equivalent signal Pg1 or the like). A point R [Hz] in FIG. 3 is an adjustment valve flow rate equivalent signal Cv (opening degree of the adjustment valve) is 0 [%]. This R [Hz] is a system frequency Fs of, for example, 50 [Hz] of the rated frequency. ] Or 60 [Hz]. Further, the point F [%] in FIG. 3 is set as a dead zone that does not change the control valve flow rate equivalent signal Cv (the opening degree of the control valve) because the system frequency Fs is a frequency band close to the rated frequency. Represents that.
次にこのように構成された風力発電システム10の動作について説明する。図1に示すように、例えば夜間や休日などにおいて系統負荷Dが急減し、系統全体の発電出力が、系統負荷を大きく上回った場合、系統負荷/周波数特性Eに応じて系統周波数Fsが増加する。増加したこの系統周波数Fsは、風力発電出力制御装置7に入力され、火力プラントガバナモデル5により演算制御が行われ、その出力である火力発電機出力相当信号Pg1は、図3に示すように、系統周波数Fsの増加に伴い、調定率に従って減少する。
Next, operation | movement of the wind
この減少分は、加算器15を通じて、出力調整部12に伝達され、風力発電出力Aを減少させる。一方、このような状況とは相反して、系統負荷Dが急増した場合であっても、火力プラントガバナモデル5を備える風力発電システム10は、系統負荷Dの急増分を補うように風力発電出力Aを増大させる。
This decrease is transmitted to the
さらに、本実施形態の風力発電システム10の効果を図4に基づき説明する。図4は、系統全体の発電出力に対し系統負荷が急減した場合において、本実施形態の風力発電システム10の応答特性H1、動特性モデルなどを有していない従来の風力発電機の応答特性J、特許文献1又は2の技術による応答特性Kを例示している。
Furthermore, the effect of the wind
ここで、前述したように系統負荷が急減した場合、系統周波数Fsが増加するが、従来の風力発電機では、図4中の応答特性Jとして示されるように、全く応答せずに一定した出力となり、発電出力と系統負荷とのバランスの変動補償に寄与することができない。また、上記した特許文献1又は2の技術は、図4中の応答特性Kのようになることが想定され、瞬間的には系統周波数の変動抑制効果があるものの、長時間においてはゼロに収斂し、系統周波数の変動補償効果は限定的である。
Here, as described above, when the system load suddenly decreases, the system frequency Fs increases. However, in the conventional wind power generator, as shown as the response characteristic J in FIG. Thus, it cannot contribute to compensation for fluctuations in the balance between the power generation output and the system load. Further, it is assumed that the technique of the above-described
これに対して、本実施形態の風力発電システム10は、図4中の応答特性H1として示されるように、長時間の継続的な変動抑制応答効果を示しており、従来の火力発電機と同様に、継続して系統周波数の安定化に寄与することが可能である。したがって、風力発電システム10によれば、電力系統の負荷と発電出力との不均衡によって生じる系統周波数の変動を継続的に補償することができる。
On the other hand, the wind
[第2の実施の形態]
次に、第2の実施形態を図5、図6に基づき説明する。なお、図5において、図2に示した第1の実施形態中の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付与し重複する説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. In FIG. 5, the same components as those in the first embodiment shown in FIG.
本実施形態の風力発電システムは、第1の実施形態に係る風力発電システム10の風力発電出力制御装置7が備えていた火力プラントガバナモデル5に代えて、図5に示すように、火力プラントガバナモデル55を備えている。火力プラントガバナモデル55は、系統周波数Fsを入力して火力発電機出力相当信号Pg2を出力する。
The wind power generation system of this embodiment is replaced with the thermal power
火力プラントガバナモデル55は、火力プラントガバナモデル5の構成に加え、同期発電機応答モデル55aをさらに備えている。火力プラントガバナモデル55は、火力プラントガバナモデル5の火力タービンモデル5bの後段に前記の同期発電機応答モデル55aが設けられている。
The thermal power
ここで、本実施形態の風力発電システムは、図1に示した風力発電機3の発電機9が、例えば可変速同期発電機で構成されている。図5に示すように、同期発電機応答モデル55aは、系統周波数Fsの変動に対して同期発電機が行う制御の動特性を模して構成されており、第1の実施形態の火力プラントガバナモデル5から出力される火力発電機出力相当信号Pg1(図5中の火力タービン出力相当信号Pt)に補正を加えた火力発電機出力相当信号Pg2を出力する。
Here, in the wind power generation system of the present embodiment, the
出力調整部12は、上記の補正を加えた火力発電機出力相当信号Pg2に基づいて、図1に示した風力発電機3(発電機9)による発電出力を調整する。本実施形態では、出力調整部12は、この火力発電機出力相当信号Pg2と風車制御装置2が出力する風車制御信号とに基づいて、風力発電機3による発電出力を調整する例を示している。具体的には、本実施形態では、加算器15は、風車制御装置2からの出力指令(風車制御信号)と、火力プラントガバナモデル55から出力される火力発電機出力相当信号Pg2と、を加算し、これを風力発電出力指令として出力調整部12に入力する。
The
同期発電機応答モデル55aは、図5に示すように、減算器59、積分器56、比例ゲイン設定部57、加算器58、加減算器52、タービン発電機慣性力設定部53、タービン損失設定部54を備えている。
As shown in FIG. 5, the synchronous
減算器59は、後述するタービン速度相当信号Ntから系統周波数Fsを減算して得た偏差を積分器56及び比例ゲイン設定部57に出力する。積分器56は、可変速同期発電機の動特性に従い、入力した前記の偏差を積分して位相角に変換し、これを同期化トルク成分として加算器58に出力する。一方、比例ゲイン設定部57は、入力した前記の偏差に比例ゲインを与えた制動トルク成分を加算器58に出力する。
The
加算器58は、積分器56から入力した同期化トルク成分と比例ゲイン設定部57から入力した制動トルク成分とを加算して、火力発電機出力相当信号Pg2を求める。加算器58は、この火力発電機出力相当信号Pg2を図1に示した加算器15及び図5に示す加減算器52に出力する。
The
また、図5に示すように、火力プラントガバナモデル55は、系統周波数Fs及び火力発電機出力相当信号Pg2の変化に応じて、自動的に火力タービン出力相当信号Ptを火力発電機出力相当信号Pg2に合致させ、さらにタービン速度相当信号Ntを系統周波数Fsに合致させる機能を有している。減算器21は、速度設定器20から出力される定格のタービン速度信号からタービン速度相当信号Ntを減算して得た偏差を調定率演算器22に出力する。
Further, as shown in FIG. 5, the thermal power
この一方で、加減算器52は、加算器31から出力される火力タービン出力相当信号Ptを入力する。ここで、タービン発電機慣性力設定部53は、タービン本体の慣性力を設定し、タービン損失設定部54は、タービン本体の運動エネルギの損失を設定する。加減算器52は、入力した火力タービン出力相当信号Ptから、火力発電機出力相当信号Pg2及びタービン損失設定部54の出力を減算し、この演算結果を、タービン発電機慣性力設定部53に出力する。入力した前記の演算結果を、タービン発電機慣性力設定部33は、加減速し、タービン速度相当信号Ntを得る。
On the other hand, the adder /
以上のように構成された火力プラントガバナモデル55は、図5に示すように、系統周波数Fsを入力として、その変動に応じた火力タービン発電機の発電出力に相当する火力発電機出力相当信号Pg2を演算することができる。
As shown in FIG. 5, the thermal power
さらに、本実施形態の風力発電システムの効果を図6に基づき説明する。図6は、系統全体の発電出力に対し系統負荷が急減した場合において、本実施形態の風力発電システムの応答特性H2、動特性モデルなどを有していない従来の風力発電機の応答特性J、特許文献1又は2の技術による応答特性Kを例示している。
Furthermore, the effect of the wind power generation system of this embodiment is demonstrated based on FIG. FIG. 6 shows a response characteristic J of a conventional wind power generator that does not have a response characteristic H2 and a dynamic characteristic model of the wind power generation system of the present embodiment when the system load is suddenly reduced with respect to the power generation output of the entire system. The response characteristic K by the technique of
ここで、前述したように系統負荷Dが急減した場合、系統周波数Fsが増加するが、従来の風力発電機では、図6中の応答特性Jとして示されるに、全く応答せずに一定した出力となり、発電出力と系統負荷とのバランスの変動補償に寄与することができない。また、上記した特許文献1又は2の技術は、図6中の応答特性Kのようになることが想定され、短期的に系統周波数の変動抑制効果が得られるものの、長時間においてはゼロに収斂し、系統周波数の変動補償効果は限定的である。
Here, as described above, when the system load D rapidly decreases, the system frequency Fs increases. However, in the conventional wind power generator, as shown as the response characteristic J in FIG. Thus, it cannot contribute to compensation for fluctuations in the balance between the power generation output and the system load. Moreover, although the technique of the above-mentioned
詳述すると、特許文献2の技術では、風力発電設備に加え、同規模の同期発電機を並列させて設置する必要があり、余分な設備費を要し、設備コストの上昇を招く。さらに、当該同期発電機の応答は、原動機の速度/出力を制御するガバナの特性によって異なり、ガバナ特性や原動機の運転状態によっては必ずしも系統に最適な応答とはならない場合もある。
More specifically, in the technique of
これに対して、本実施形態の風力発電システムは、図6中の応答特性H2として示されるように、瞬間的な変動抑制応答効果と長時間の継続的な変動抑制応答効果との双方が得られており、従来の火力発電機と同様に初期応答から継続して系統周波数の安定化に寄与することが可能である。したがって、本実施形態の風力発電システムによれば、電力系統の負荷と発電出力との不均衡によって生じる系統周波数の変動を短期的及び長期的に補償することができる。 On the other hand, the wind power generation system of the present embodiment has both an instantaneous fluctuation suppression response effect and a long-time continuous fluctuation suppression response effect, as indicated by the response characteristic H2 in FIG. As with conventional thermal power generators, it can continue from the initial response and contribute to stabilization of the system frequency. Therefore, according to the wind power generation system of the present embodiment, it is possible to compensate for fluctuations in the grid frequency caused by imbalance between the load of the power grid and the power generation output in the short term and in the long term.
[第3の実施の形態]
次に、第3の実施形態を図7に基づき説明する。なお、図7において、図2、図5に示した第1、第2の実施形態中の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付与し重複する説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 7, the same constituent elements as those in the first and second embodiments shown in FIGS. 2 and 5 are given the same reference numerals and redundant description is omitted.
図7に示すように、本実施形態の風力発電システム80は、複数の風力発電機を備えたウィンドファーム(集合型風力発電所)を構成する。風力発電システム80は、第1の実施形態に係る風力発電システム10が備えていた風力発電出力制御装置7に代えて、図7に示すように、ウィンドファーム出力制御装置87を備えている。
As shown in FIG. 7, the wind
また、風力発電システム80は、図7に示すように、風力発電機3、3a、3b、出力調整部12、12a、12b、風車制御装置2、2a、2b、加算器15、15a、15bを備えている。風力発電機3a、3b、出力調整部12a、12b、風車制御装置2a、2b、加算器15a、15bは、それぞれ、第1の実施形態の風力発電機3、出力調整部12、風車制御装置2、加算器15と同様の構成を有している。これらは、もちろん、4組以上設けられていてもよい。
In addition, as shown in FIG. 7, the wind
ウィンドファーム出力制御装置87は、図7に示すように、第1の実施形態の火力プラントガバナモデル5、又は第2の実施形態の火力プラントガバナモデル55を備えている。ウィンドファーム出力制御装置87は、さらに、出力分配部88を備えている。出力分配部88は、火力発電機出力相当信号Pg1(又は火力発電機出力相当信号Pg2に補正を加えた第2の実施形態の火力発電機出力相当信号Pg2)の値を、複数の風力発電機側に対して分配する。
As shown in FIG. 7, the wind farm
出力分配部88は、火力発電機出力相当信号Pg1(又はPg2)の値を、風力発電機3、3a、3b側それぞれに対して、例えば均等に分配する。出力調整部12、12a、12bは、分配された火力発電機出力相当信号Pg1(又はPg2)の値に基づいて、風力発電機3、3a、3b毎に発電出力を調整する。
The
以上のように、本実施形態の風力発電システム80によれば、電力系統の発電出力と系統負荷Dとのバランスが乱れ、系統周波数が変動した場合でも、風力発電機3、3a、3b毎に発電出力を調整することで、従来の火力発電機と同様に、系統周波数の安定化を図ることができると共に、再生可能エネルギの導入比率の増大にも寄与することができる。
As described above, according to the wind
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
2,2a,2b…風車制御装置、3,3a,3b…風力発電機、5,55…火力プラントガバナモデル、5a…タービンガバナモデル、5b…火力タービンモデル、7…風力発電出力制御装置、9…発電機、10,80…風力発電システム、12,12a,12b…出力調整部、55a…同期発電機応答モデル、87…ウィンドファーム出力制御装置、88…出力分配部。
2, 2a, 2b ... windmill control device, 3, 3a, 3b ... wind power generator, 5,55 ... thermal power plant governor model, 5a ... turbine governor model, 5b ... thermal power turbine model, 7 ... wind power output control device, 9 DESCRIPTION OF SYMBOLS ...
Claims (4)
火力タービン発電プラントによる系統周波数の制御の動特性を模して構成され、前記系統周波数の変動に応じて可変する前記火力タービン発電プラントの発電出力に相当する発電出力相当信号を出力する火力発電機応答モデルと、
前記出力された発電出力相当信号に基づいて、前記風力発電機による発電出力を調整する出力調整部と、を有し、
前記火力発電機応答モデルは、
高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービンを含む火力タービンを一定の回転速度に調速するための制御系の動特性を模して構成され、前記系統周波数を入力しこの入力した系統周波数と前記調速するための制御系の動特性とに基づき、前記火力タービンへ導入する作動流体の流量制御用の加減弁の開度を調整するための加減弁流量相当信号を生成して、出力する第1の動特性モデルと、
前記加減弁流量相当信号に対応する流量の作動流体で前記火力タービンの前記高圧、中圧及び低圧の各タービンを駆動させたときのそれぞれの動特性を模して構成され、前記第1の動特性モデルから出力された加減弁流量相当信号を入力しこの入力した加減弁流量相当信号と前記高圧、中圧及び低圧の各タービンを駆動させたときのそれぞれの動特性とに基づき、前記発電出力相当信号を生成して、出力する第2の動特性モデルと、
を備える風力発電システム。 A wind power generator that generates power using wind power, and
A thermal power generator configured to imitate dynamic characteristics of system frequency control by a thermal turbine power plant , and to output a power generation output equivalent signal corresponding to the power generation output of the thermal turbine power plant that varies according to fluctuations in the system frequency A response model;
An output adjusting unit that adjusts the power generation output by the wind power generator based on the output power generation output equivalent signal ;
The thermal power generator response model is
It is configured to simulate the dynamic characteristics of a control system for adjusting the thermal turbine including a high-pressure turbine, a medium-pressure turbine, and a low-pressure turbine to a constant rotational speed. The system frequency is input and the input system frequency and the adjustment Based on the dynamic characteristics of the control system for speeding up, the first control valve generates and outputs a control valve flow rate equivalent signal for adjusting the opening of the control valve for controlling the flow rate of the working fluid introduced into the thermal turbine. A dynamic characteristic model of
It is configured to simulate the respective dynamic characteristics when the high-pressure, intermediate-pressure and low-pressure turbines of the thermal turbine are driven by a working fluid having a flow rate corresponding to the control valve flow rate equivalent signal. The power generation output based on the input control valve flow rate equivalent signal output from the characteristic model and the dynamic characteristics when the high pressure, intermediate pressure and low pressure turbines are driven. A second dynamic characteristic model for generating and outputting an equivalent signal;
Wind power generation system comprising.
をさらに備える請求項1記載の風力発電システム。 A synchronous generator response model configured to imitate the dynamic characteristics of the control performed by the synchronous generator with respect to fluctuations in the system frequency, and to correct the output power output equivalent signal,
The wind power generation system according to claim 1, further comprising:
前記出力された発電出力相当信号の値を前記複数の風力発電機側に対して分配する出力分配部をさらに備え、
前記出力調整部は、前記分配された発電出力相当信号の値に基づいて、前記風力発電機毎に発電出力を調整する、
請求項1記載の風力発電システム。 At least a plurality of the wind power generators are provided,
An output distribution unit that distributes the value of the output power generation output equivalent signal to the plurality of wind power generators;
The output adjustment unit adjusts the power generation output for each wind power generator based on the value of the distributed power generation output equivalent signal,
The wind power generation system according to claim 1.
前記出力された発電出力相当信号に補正を加えた信号の値を前記複数の風力発電機側に対して分配する出力分配部をさらに備え、
前記出力調整部は、前記分配された前記補正を加えた信号の値に基づいて、前記風力発電機毎に発電出力を調整する、
請求項2記載の風力発電システム。 At least a plurality of the wind power generators are provided,
An output distribution unit that distributes a value of a signal obtained by correcting the output power generation output equivalent signal to the plurality of wind generators;
The output adjustment unit adjusts the power generation output for each wind power generator based on the distributed signal value of the correction.
The wind power generation system according to claim 2.
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